南極テラヘルツ望遠鏡計画サイエンスの検討...
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南極テラヘルツ望遠鏡計画久野成夫(筑波大学)
南極天文コンソーシアム
(1)天文観測サイトとしての南極
(2)南極30m級テラヘルツ望遠鏡計画
ドームF (3810m)(日)
ドームA (4090m)(中)50cm AST3-2 可視
リッジA (4050m)(米)60cm HEAT テラヘルツ
ドームC (3233m)(仏&伊)40cm ASTEP 可視80cm IRAIT赤外 他
10mテラヘルツ望遠鏡計画(日)
南極点 (2835m)(米)10m South Pole Telescope
(1)天文観測サイトとしての南極
可降水量(PWV)
Tremblin et al. (2012)
Dome A
Cerro Chajnantor
大気透過率@350 μmTremblin et al. (2012)
Dome A
Cerro Chajnantor
ALMAサイト
大気透過率@200 μmTremblin et al. (2012)
Dome A
ALMAサイト
Cerro Chajnantor
Tremblin et al. (2012)
Dome A
ALMAサイト
黒10%赤25%青50%緑75%
0 1000 GHz
500 1500
Tran
smis
sio
nTr
ansm
issi
on
大気の安定度(PWV)
Kulesa (4th SCAR AAA Workshop 2017)
2015年PWV冬季の中央値:0.065
風速ドームふじ
8
晴天率
雲の量(夜間)
ほとんど10m/s以下
晴天:80~90%
南極内陸部
• テラヘルツ波:地上唯一の窓、大気の安定度
• サブミリ波:大気の透過率、大気の安定度
• ミリ波:大気の安定度
• 赤外線:地上唯一の窓、大気の安定度、
弱い背景光、高いシーイング
• 気球観測:周極風、長期間フライト
• 時間変動:冬季の連続観測
⇒ 地上最高の天文観測サイト
2.南極30m級テラヘルツ望遠鏡計画
新ドームF (日)
ドームA (4090m)(中)
リッジA (4050m)(米)
ドームC (3233m)(仏&伊)
南極点 (2835m)(米)
観測可能天域
EL Decl.
> 5° <+8°
>10° <+3°
>20° <-7°
・口径 ~30 m・重量 ~1000 t?・電力 ~ 600 kVA?・周波数 200~1500GHz
・視野 ~1°・角分解能 12″~1.7″
・越冬隊~ 5人/冬・建設地 新ドームふじ基地・国際協力 アジア(台湾、タイ他),
(豪, 米, 欧)・国立天文台+国立極地研・運用期間~30年以上
南極30m級テラヘルツ望遠鏡
CCAT (25mΦ)↓
南極 30mTHz望遠鏡
超広視野の実現性
• リッチー・クレチアン
–非点収差 ⇒電波カメラのセグメントの位置調整
–幾何光学+波動光学 ⇒最適解
–視野周辺での周波数無依存の条件
⇒ 視野1°を実現する光学系の解
(今田D論 2015年)
(MKID)
連続波観測感度
30mConfusion30m
1時間積分5σ
HerschelConfusion
SPICASAFARI
𝐿~1012𝐿⨀
マルチビーム
分光観測(システム雑音温度)
Herschel HIFI 南極30m
Beam size 13”-39” 高角分解能(1.7”-12”)
Single beam 多素子化が可能(>100?)
DSB 2SB
Herschel HIFI
南極冬季50%EL=40°
HIFI Observer’s Manual
サイエンスの検討
• ワークショップ(国立天文台研究集会)– 2015年11月18日‐19日@国立天文台(64名)“南極で切り開くテラヘルツ天文学”
– 2017年3月2日‐3日@国立極地研(47名)“南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス”
– 2018年3月27日@筑波大学“南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるAGNと爆発的星形
成 銀河のサイエンス”講演者:泉 拓磨(NAOJ)、平下博之(ASIAA)、井上昭雄(大阪産業大)、川口俊宏(尾道市立大)、川勝 望(呉高専)、梅村雅之(筑波大)、中川貴雄(ISAS)
広域銀河探査(河野さん@“南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス”)
(河野さん@“南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス”)
(河野さん@“南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス”)
(河野さん@“南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス”)
(中井さん@“南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス”)
銀河の星形成史・AGN形成史
(中井さん@“南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス”)
(中井さん@“南極30m級テラヘルツ望遠鏡によるサイエンス”)
30mテラヘルツ望遠鏡によるサイエンス
• 星惑星系形成– コア構造を分解しながら磁場の高感度な広域観測
⇒星・円盤形成時の磁場の役割
• 星間化学– 基本的な軽い分子の基底状態の遷移観測(H2D+) ⇒重水素濃縮
• 銀河面サーベイ– [CI](492GHz, 809GHz)+CO(4-3, 7-6)同時観測
⇒分子雲形成・進化– 高速度・高励起ガスの探査
⇒中質量ブラックホール、野良ブラックホール
• 近傍銀河– [CI]輝線の狭帯域撮像、ダスト連続波によるサーベイ
⇒分子ガス量の正確な測定– CO多輝線、[CI]、[NII]マッピング ⇒分子ガスの物理状態 vs. 星形成率
• 銀河形成・進化– [OIII]、[CII]、[NII]サーベイ ⇒銀河の星形成史、金属量進化史– 原始銀河のH2直接検出
など
南極天文サイエンス・ワーキンググループ
• 惑星大気・地球大気前澤(府大)、笠井(NICT)、新田(筑波大)
• 星間化学酒井(電通大)、渡邉(東大)、永井(NAOJ)
• 星・惑星系形成百瀬(茨城大)、石井(NAOJ)、齋藤(筑波大)、(齋藤NAOJ)
• 銀河面サーベイ瀬田(関学)、岡(慶応大)
• 近傍銀河徂徠(北大)、久野(筑波大)、高野(日大)
• AGN土居(ISAS)、川口(札幌医大)、和田(ISAS)、中井(筑波大)
• 銀河形成・進化河野(東大)、森(筑波大)、竹内(名大)
• 時間変動天体坪井(ISAS)、井上(ISAS)
プロジェクトブック作成中
「南極30m級テラヘルツ望遠鏡」に向けての課題(観測装置)
• 大口径アンテナ– 超広視野(~1°)
– 高精度の鏡面(20μm)
• 鏡面測定法の開発– リッチー・クレチアン光学系での近傍界Phase Retrieval Holography (周)– 点回折干渉計による波面測定 (永井、奥村)
– ポインティング(0.2″?)
– ドーム、霜対策、極寒でのメンテナンス
• 電波カメラ(新田さん講演)• 45m電波望遠鏡用109素子MKIDカメラの開発
– 大規模化(数万素子)
– DESHIMAタイプ
• ヘテロダイン受信機– 大規模マルチビーム(>100素子)
• IF系+分光計– 広帯域+マルチビーム対応
10mテラヘルツ望遠鏡での経験
「南極30m級テラヘルツ望遠鏡」に向けての課題(基地・設備・輸送)
• 新ドームふじ基地の気象測定高さ40~50m鉄塔建設・風速の高度分布:望遠鏡の指向性、「風よけ」の必要性・温度の高度分布:望遠鏡の熱変形による鏡面誤差、
指向性誤差• 地盤(雪面下)調査+アンテナ基礎設置法の開発
重量1000トン以上を水平に設置• 輸送方法の検討• 夏季建設期間の最大化の検討
40日→>100日(11月~2月):建設は昼夜2交代• 電力供給法の検討・開発(~600kVA)
国立極地研との連携
スケジュール
20 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
H 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46
● ● ● ○ ○ ○
10mTHz望遠鏡@ドームC
30mTHz望遠鏡(新ドームふじ基地)
設計・製作・試験・輸送・建設
観測
Obs.建設
29
概算要求
(電波)天文分野 次期大型計画策定
日本学術会議 : 重点計画
TMT
将来への発展• 南極望遠鏡のアイデア
–可視-赤外:2.5m(KDUST)⇒6-8m望遠鏡(中国)、大型望遠鏡、干渉計
–テラヘルツ:5m(DATE5)⇒15mTHz望遠鏡 (中国)、干渉計(アリゾナ大)、強度干渉計(松尾)
–サブミリ:気球VLBI(土居)
– etc.
⇒ 次世代の天文観測拠点
HawaiiMauna Kea@4200m
Chile @5000m